Водозаборное сооружение для горных рек Советский патент 1992 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к водозаборным сооружениям для горных рек, и может быть использовано при орошении и водоснабжении.

Целью изобретения является повышение эффективности работы.

На фиг.1 изображено водозаборное сооружение, продольный разрез; на фиг.2 - то же, план.

Водозаборное сооружение состоит из водосбросной плотины 1 промывных шлюзов 2, криволинейного порога у входа сооружения 3, водосливной плотичы 4, имеющей водосливную грань 5, водобойной плиты 6, водозахватной галереи 7, промывной донной галереи 8, водоприемной галереи 9, разделительной стенки 10.

Водосбросная часть сооружения 1 позволяет осуществить сброс паводкового потока и тем самым создает потребный уровень воды для нормальной работы водозаборного сооружения.

Криволинейный порог 3 обеспечивает расслоение потока, направляет донные наносы к промывным шлюзам 2 и тем самым уменьшает поступление донных наносов в водозаборное сооружение.

Работа конструкции заключается в следующем.

В предлагаемой конструкции водосливная грань очерчивается по дуге окружности 5 и заканчивается вертикальным уступом высотой d. Наносы, сбрасываемые через плотину 4, на всем протяжении своего пути испытывают действие центробежной силы одного направления. При этом часть потока, насыщенная наносами, под действием центробежной силы отклоняется к наружной стороне водосливной струей. После сопряжения с дном водобоя 6 эта часть потока устремляется в нижней бьеф, а другая, значительно освобожденная от наносов (осветленная вода), изменив свое направление на 180°, проходит через водозахватную галерею 7 и поступает в промывную галерею 8, где отделяются оставшиеся наносы. Очищенная вода восходящим током переходит в водоприемную галерею 9, расположенную

о з

VJ

СЛ 00

(Л

Ю

над промывной галереи 8. Наносы с гидравлической крупностью, превышающее скорость восходящего тока, осаждаются на дне промывной галереи 8, откуда периодически промываются вниз по течению реки.

Для лучшего разделения потока предлагается на дне водобоя 6. в месте падения струи установить разделительную стенку 10, с отверстиями у дна, для промыва.

При осуществлении забора воды в водо- захватной камере уровень воды (h) получается выше уровня воды на водобойной плите (hi) и здесь нет противоречий законам гидравлики, так как на водобойной плите на забираемую часть воды действует обратная сила сбросного расхода.

Предлагаемая конструкция отличается от прототипа тем, что ее водосливная грань очерчена по дуге окружности, оканчивающаяся не доходя до водобоя. При таком выпуклом профиле донные наносы будут стремиться к верхнему слою потока, не истирая при этом профиля сооружения, попадут на водобой и будут уноситься по течению реки.

Для сравнения положительного эффекта предлагаемого водозабора с прототипом были проведены опыты, результаты которых представлены в табл.1.

Как видно из табл. 1, при одних и тех же расходах воды забираемый расход предлагаемым сооружением и прототипом различен.

Опыты, проведенные на модели прототипа, показали, что водослив с низким уступом создает условия для попадания части донных наносов в промывные и водоприемные галерей, что приводит к ухудшению гид- равлического режима работы водоприемника и уменьшению забора воды, а также для промыва осаждающихся наносов в промывной галереи используется большой объем воды.

При этом не обеспечивается достижение цели водозабора и тем самым снижается степень эффективности работы сооружения.

Предлагаемое водозаборное сооружение устраняет вышеуказанные недостатки.

Опыты.проведенные на модели предлагаемого водозабора,показали, что забираемый расход увеличивается на 10-15%.

Кроме того, лабораторные опыты, проведенные при наносном режиме, показали (табл.2), что на модели прототипа при расходе 15 л /с и при различных мутностях потока р 2...25 г/л (диаметр частиц колеблется от 1 до 10 мм), часть крупных наносов поступает и осаждается в водоприемнике.

Как видно из табл,2. увеличение осевших наносов в водоприемнике в зависимости от мутности потока колеблется от 5...10% от общего веса, что уменьшает забор воды и тем самым ухудшается эксплуатация сооружения.

Для того, чтобы создать нормальные условия для сепарации и транспортировки на- носов в предлагаемом водозаборе,

поверхность водосливной плотины очерчена по дуге окружности, а на водобое установлена разделительная стенка на расстоянии (0,,50)d от вертикального уступа, при этом высота разделительной

стенки равна (0,5-0,6)d,

где d - высота вертикального уступа. В результате прекращается попадание донных наносов в водоприемник.

В ходе исследований, проведенных на модели,было установлено, что при расстоянии между вертикальным уступом и разделительной стенкой (L) (0,25-0,50)d и при высоте разделительной стенки (Рс) (0,5 0,6) d (т.е. при значении ниже минимального) забираемый расход уменьшается, а при значении I и Рс (0,25-0,50)d и (0,5-0,6)d (т.е. выше максимального) ухудшался гидравлический режим работы нижнего бьефа сооружений и увеличивалось поступление наносов в водоприемную галерею.

Таким образом, при предельных значениях (0,25-0,50)d и (0,5-0,6)d создается нормальный гидравлический режим для

безнаносного водозабора.

Водосливная поверхность (очерченная по дуге окружности) и разделительная стенка на дне водобоя влияют на работу друг друга, так как водосливная часть служит для

сепарации и транспортировки наносов в нижний бьеф, а разделительная стенка служит для разделения и промыва потока.

Предлагаемая конструкция увеличивает водозабор на 10-20%.

Если принять нижний предел, т.е. 10% увеличения расхода, то сооружение вместо 1,5 м/с пропустит 1,65 м3/с. Следовательно, забор воды за секунду увеличивается на 0,15 м3/с. Тогда объем воды за сутки составит 0,15x86400 12960 м3/с, а в течение одного вегетационного периода (120 дней) 12960x120 1555200 м3 воды.

Принимая оросительную норму для полива сельскохозяйственных культур и садов

равной 5000 м /га, приведенным выше объемом воды можно оросить 1555200:5000 311.0га.

На этой площади можно выращивать следующие культуры и получить определенный доход (см.табл.З).

Следовательно годовой экономический эффект от предлагаемой конструкции водозабора составит: 3i год 842,6 тыс. руб.

При максимальном расходе воды поступающий в водозабор расход составит 10 м/с. общая мутность 5 кг/м , продолжительность потока с обильными наносами составит 30 дней.

Исследованиями установлено, что при осуществлении забора воды в водоприемник (по прототипу) поступает около 3% донных наносов, а основная часть наносов промывается в нижнем бьефе гидроузла.

Так как в 1 м воды имеется 30% донных наносов общей мутности, т.е. 0,3 х 5 1,5 кг, а в 10м3 воды 10 х 15 15 кг, из которых 3% или 15 х 0,03 0,45 кг осаждается в водоприемнике, то за сутки будет составлять 0,45 х 86400 38880 кг. Принимая объемный вес наносов 1500 кг/м3, получаем, что за сутки в водоприемник поступит 38880:1500 25,9 м3. Наносы поступающие в водоприемник за 30 дней /сЬставляют 25,9 х 30 777 м3.

Стоимость механической очистки 1 м3 наносов равна 0,15 руб. Тогда общая стоимость механической очистки водоприемника за один сезон составит 777 х 0,15 116,6руб.

В предлагаемой конструкции водозабора подобный процесс (не было поступление донных наносов в водоприемник) не наблюдался.

Тбдовая экономическая эффективность предлагаемого сооружения определяется по следующей формуле:

Эгод - (Ci + EHKi) - (С2 + ЕНК2),

где Ci - эксплуатационные затраты на механическую очистку от наносов водоприемника, равна 116.6 руб., а заработная плата двух рабочих для обслуживания водозабора 3600 руб., всего 3716 руб.;

С2 - эксплуатационные затраты предлагаемого нами сооружения 3600 руб. (заработная плата двух рабочих для обслуживания водозабора); Ki - капитальные затраты сооружения равны 75000 руб.;

fa- капитальные затраты предлагаемого нами сооружения 75000 руб.;

Ен - нормативный коэффициент 0.15. Тогда Э2год - (3716.6 + 0,15-75000) - -(3600 + 0,15-75000) 116,6 руб. 0,12 тыс.

руб.

Общая годовая экономическая эффективность предлагаемого сооружения соста- вит:

Эгод Э1год+Э2год 842,6+0,12 842,72тыс.руб.

Формула изобретения

Водозаборное сооружение для горных рек, включающее водосливную плотину с вертикальным уступом в ее нижней части, водобой и водопремную галерею, расположенную под водосливной плотиной, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, поверхность водосливной плотины очерчена по дуге окружности, а на водобое установлена разделительная стенка на расстоянии (0,250,50)d от вертикального уступа, при этом высота разделительной стенки равна (0,5- 0,6)d, где d - высота вертикального уступа.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к водозаборным сооружениям для горных рек, и может быть использовано при орошении и водоснабжении. Цель изобретения - повышение эффективности работы. Водозаборное сооружение состоит из криволинейного порога у входа в сооружение 3, водосливной плотины 4, имеющей водосливную грань 5, заканчивающуюся уступом водобойной плиты 6, водозахватной галереи 7, промывной донной галереи 8, водоприемной галереи 9, разделительной стенки 10. При этом разделительная стенка 10 размещена от уступа плотины 4 на расстоянии, равном (0,25-0,5)его высоты, а высота стенки равна (05-06) высоты уступа. 2 ил., 3 табл.

Та бл и ц а 1

Таблица2

ТаблицаЗ

Фиг. 2